针对传统桥梁线形测量技术存在精度低、耗时长和数据处理复杂等问题,本文利用车载三维激光扫描技术实现桥梁线形的快速测量。首先利用Alpha3D车载三维激光测量系统对某大型跨江桥梁进行多往返动态数据采集;然后通过KNN滤波、布料滤波等方法消除桥面动态车辆对地面点云数据的干扰以提取地面点云;最后基于实测数据验证测量精度。试验结果表明,垂向线性测量结果在稳定的引桥区域的内符合中误差可达5mm以内,跨江段中误差约为9mm,且多次测量结果跨江段能明显体现桥梁垂向动态特征。由此可见,本文方法具有高效、高精度、操作简便等优点,在大型桥梁的日常运维检测中具有良好的推广应用前景。

鉴于光学遥感影像在夜晚或光照不足条件下,道路提取效果不佳的问题,本文介绍了基于半自动和全自动的SAR遥感影像道路提取方法,以及基于判别模型和生成模式的深度学习的SAR遥感影像道路提取方法,总结了它们的技术原理与适用场景,分析了各类方法在提取精度、计算复杂度及泛化能力方面的优势与局限,为复杂环境下的道路提取任务提供了技术参考。本文同时指出,在提升SAR遥感影像道路提取效果方面,知识蒸馏、扩散模型辅助标注及大模型架构等技术将具有很大的潜力。

针对激光点云在墩身垂直度检测中自动化程度低、适用范围小等问题,本文提出了一种基于点云切片与旋转卡壳算法的桥墩中心轴线自动提取方法,可辅助计算多种截面类型的桥墩垂直度。首先,通过架站式扫描仪合理设站,结合同名标靶将不同测站点云拼接得到墩身整体点云。其次,沿桥墩高度方向对整体点云进行切片处理,并通过统计滤波去除离群点。然后,利用主成分分析(PCA)对切片点云进行投影变换,计算各投影切片点集的二维凸包,并通过旋转卡壳算法求解最小外接矩形,以矩形中心确定截面中心点。最后,基于最小二乘法对所有切片中心点进行直线拟合,从而得到桥墩的中心轴线。检测试验结果表明,该方法能够有效提取非柱体桥墩的中心轴线,并实现自动化处理,与现场垂直度测量结果(3.8mm)相差3.2mm。该方法不仅适用于桥梁墩身中心轴线提取,对于隧道、建筑物等中心轴线提取也有参考价值。

多粒度时空对象作为全空间信息系统的基本数据模型,在空间数据实体化建模方面具有独特优势。本文结合时空对象模型的认知与行为能力特征,构建一种面向群体智能的Geo-AI模型。在Geo-AI与多粒度时空对象模型理论分析的基础上,引入蚁群优化算法,依托多粒度时空对象的数据组织方式,实现智能体与GIS数据的直接交互。通过实际公交线路规划案例,验证该模型在空间计算、仿真与交互方面的可行性和优势。试验结果表明,基于时空对象模型的Geo-AI群体智能建模方法,能够有效支持公交线路优化问题的求解;相较于传统方法,该模型在空间计算、动态仿真和实时交互方面表现出更强的适应性,为智能空间信息系统的进一步发展提供了新的技术思路。

针对跨区域通勤研究过程中存在的传统数据整合困难、数据时效性要求高等问题,本文首先结合国内外跨区域交通出行特征与趋势,提出了新时期区域通勤兼具功能联系、网络结构新兴内涵和以人为本的核心价值。然后,以互联网位置大数据为基础,提出了新时期通勤在区域尺度的概念界定和识别方法,并从城市、区县、跨城等多维尺度进一步验证技术方法可行性。最后,以上海及周边城市为例,分析了城市、区县等不同尺度下的跨城通勤特征,总体呈现“网络化对流”“近域流动”等特征,进一步优化和实证了不同尺度下跨区域通勤方法的通用性与可行性。

本文针对探地雷达图像特征复杂、病害检测精度低的问题,提出了一种多属性融合的隧道衬砌病害检测方法。通过提取雷达信号的瞬时振幅、瞬时相位和瞬时频率属性,结合波粒二象性理论设计Wave模块作为骨干网络,构建多模态特征融合框架。该方法采用金字塔结构分层提取底层和高层语义特征,并引入轻量级MLP架构优化网络动态性与计算效率。试验结果表明,融合瞬时属性与Wave模块的模型在空洞、不密实和钢筋网检测任务中平均精度均值(mAP)达到91.7%,较基线模型YOLOv8提升3.8%。消融试验与对比分析验证了多属性融合策略及Wave模块在增强特征表达能力方面的有效性,为隧道衬砌病害的精准无损检测提供了新思路。

本文针对高分辨率遥感影像语义分割中存在的目标尺度差异大、地物边界模糊及光谱特征相似等难点,提出了一种融合多尺度特征与双重注意力的轻量级分割模型。该模型以SegNeXt为基础,在其多尺度卷积注意力网络中引入卷积块注意力模块,通过通道与空间双重注意力机制精炼特征表达;在解码阶段优化采用Hamburger结构整合中高层语义信息。基于高分二号遥感影像数据集的试验表明,相较于原始SegNeXt,该模型各项指标均有一定程度提升,尤其在处理模糊边界和线状地物类别时表现优异;该方法在保持轻量化的同时实现了精度与效率的平衡,为资源受限环境下的遥感影像实时语义解译提供了可行方案。

本文针对江苏中部海岸带潮沟提取问题,使用了一种基于Sentinel-1和Sentinel-2A高空间分辨率多光谱数据的多源时序遥感影像,结合Google Earth Engine(GEE)平台的半自动提取方法。该方法融合了光谱、指数、纹理、极化等特征,采用随机森林监督分类算法进行了潮沟提取。通过时间序列分析增强多光谱影像信息,计算多种植被指数和水体指数,提取灰度共生矩阵纹理特征,并协同多种特征进行分类分析。研究结果表明,该协同分类方法的潮沟提取总体精度达0.95,优于单一数据源方法,提供较为准确的潮沟边界信息。本文可以为河口潮沟区域的生态保护和可持续管理提供技术支持。

在闸墩等大型结构物的安全运维中,其表面的裂缝信息对整体结构的健康评估具有重要意义。针对闸墩等大型结构物安全维护中飞行空间狭小且无法设置靶标的闸墩表面裂缝快速精准测量难题,本文提出了融合多源图像数据的闸墩表面裂缝定量识别方法,以提高闸墩表面裂缝基于图像测量方法的准确性和可靠性。首先,在传统可见光与热红外图像的基础上,融合距离矩阵的图像数据,形成基于特征局部区域与互信息相结合的图像配准方法,以实现包含多重纹理信息的融合图像获取;然后,在构建能够有效区分裂缝区域和非裂缝区域的表面裂缝识别方法的基础上,叠加距离矩阵图像信息,实现裂缝表面融合图像的像素点空间位置定量化;最后,结合识别裂缝区域的形态信息,形成闸墩表面裂缝的特征参数识别方法,并结合案例分析,验证本文方法的准确性和可靠性。试验结果表明,本文为闸墩巡检与健康诊断提供了一种融合多源图像数据的闸墩表面裂缝定量识别新方法,能够为闸墩结构的健康诊断提供数据支撑,具有广阔的应用前景。

随着广角视觉传感器在多个领域的广泛应用,传统的平面透视相机已逐渐显现出其局限性,特别是在复杂的视觉感知任务中。广角镜头虽能够提供更广阔的视野,但其引入的图像畸变严重影响了图像特征匹配的准确性和可靠性。为解决这一问题,本文提出一种创新的基于球面全等映射的全景图像匹配技术。该技术首先将全景图像基于Scaramuzza相机模型投影成球面全等映射图像,消除原始全景图像在平面结构中不一致畸变的特性;在此基础上,构建相应的球面数据结构,并采用FAST角点提取方案,进一步提出一种适用于球面像素结构的改进rBRIEF算法,并构建相应的特征描述子,实现高精度、高稳健性的全景图像匹配。

针对当前露天煤矿早期煤火自燃火情存在检测困难、发现时间晚等问题,本文提出一种基于YOLOv12n改进的无人机露天煤矿早期煤层自燃红外图像目标检测识别方法,即在模型上更换主干网络PP-LCNet,引入二次改进的MCADSA注意力机制模块,并添加改进后的NWD损失函数。该方法提升了红外图像煤火数据集的检测精度,为实现早期煤层自燃火情的智能化巡检提供了帮助。

本文提出一种单目视觉驱动的机器人实时高精度稠密场景重建算法,该算法基于深度稠密单目视觉SLAM和快速不确定性传播技术,从图像中重建三维场景。该算法能够实现场景的稠密、准确和实时三维重建,并对来自单目视觉SLAM的极端噪声深度估计具有良好的稳健性。与传统通过特殊深度滤波器或从RGB-D传感器模型中估计深度不确定性的方法不同,本文方法直接利用SLAM中底层束平差问题的信息矩阵生成概率深度不确定性。这种深度不确定性为体积融合的深度图加权提供了关键信号。本文方法能够生成更加精确且伪影显著减少的三维网格,并在具有挑战性的Euroc数据集上进行了试验验证。结果表明,相比直接从单目视觉SLAM中融合深度的方式,本文方法在建图准确率上提升了85%。

针对无人车面临的复杂环境中准确定位与稠密建图的挑战,本文提出一种基于三维重建先验的实时单目稠密SLAM算法。通过引入稳健几何先验,在非结构化环境中展现出卓越的稳健性,且无需依赖预设相机模型,可以应对各种通用时变的相机模型。算法架构包含4个核心模块:点图匹配、跟踪与局部融合、图构建与闭环检测、二阶全局优化机制。经参数自适应标定,该算法在动态光照、弱纹理等复杂场景下的多类基准测试中达到领先性能,且可以达到实时运行的水平。

为削弱GPS三频PPP时间传递中的多路径效应,提升时间传递精度与稳定性,本文选取了USN7-USN8(0km)、IENG-WAB2(212km)和PTBB-WAB2(3406km)3条基线进行试验。采用这6个测站2024年年积日061～068的GPS三频PPP观测值残差,构建了GPS三频观测值多路径半天球图模型,对比了2024年年积日069多路径改正前后GPS双频和三频PPP时间传递的性能。试验结果表明,GPS双频和三频PPP的3条基线解接收机钟差的阿伦方差分别提高了36.1%、25.3%、12.4%和36.8%、25.6%、12.8%。基于观测残差构建的多路径半天球图模型可有效抑制多路径误差,提升GPS三频PPP时间传递的稳定性与精度。

针对Saastamoinen模型依赖地表实测气压数据而多数GNSS站点缺乏气象仪导致对流层干延迟(ZHD)计算受限的问题,本文提出了基于广义回归神经网络(GRNN)的改进方法。通过融合掩星与探空站数据构建训练集,建立GRNN-ZHD预测模型,并结合中国地壳运动观测网络(CMONOC)的GNSS观测数据解算对流层总延迟(ZTD),构建反演大气可降水量(PWV)新模型。结果表明:在ZHD反演精度方面,GRNN模型的平均RMSE为15.23mm,较GPT3模型(28.64mm)提升约46.8%;在PWV反演方面,GRNN模型平均RMSE为5.17mm,优于GPT3模型的10.76mm(精度提升51.9%)。在20个验证站点中,GRNN模型在15个站点的PWV反演偏差低于7mm,而GPT3模型仅有3个。

针对非视距(NLOS)环境下超宽带(UWB)定位精度下降与惯性导航系统(INS)长期定位结果发散的问题,本文提出了一种基于自适应无迹卡尔曼滤波(AUKF)与图优化的UWB/INS组合定位方法。首先,基于改进IGGⅢ函数对UWB实测伪距与INS定位伪距的偏差赋予不同权重进行M估计,实现NLOS鉴别与重构;然后,采用AUKF融合观测器进行UWB/INS组合定位估计,通过引入自适应因子根据新息变化调整卡尔曼增益,提高组合定位估计的精度;最后,采用以INS增量与视距UWB伪距为约束的图优化方法,进一步抑制了组合定位的NLOS误差,提升了定位估计的准确度。定位试验表明,本文算法平均定位精度达到0.14m,相对于传统组合定位方法提升了约22%,能够保证室内复杂场景下的定位性能。

风云三号(FY-3E)卫星搭载的全球卫星导航掩星探测仪器Ⅱ(GNOS Ⅱ)在轨获取的全球卫星导航系统反射信号遥感(GNSS-R)数据已实现海面风速、土壤湿度、海冰覆盖、海冰厚度等产品的业务化生产,并具备海面有效波高产品反演潜力。本文采用神经网络(NN)技术,基于FY-3E卫星GNOS Ⅱ提供的北斗卫星导航系统反射(BDS-R)和全球定位系统反射(GPS-R)数据,构建了海浪有效波高反演模型,采用三配对数据分析方法分析了BDS-R和GPS-R反演海面有效波高的固有误差。研究结果表明,单独利用ECMWF数据评估的BDS-R和GPS-R有效波高反演精度分别为0.43和0.46m,单独利用国家数据浮标中心(NDBC)的浮标数据评估的BDS-R和GPS-R有效波高反演精度分别为0.45和0.50m,采用三配对数据分析方法评估的BDS-R和GPS-R有效波高固有误差分别为0.40和0.43m,三配对数据分析方法有效降低了对比数据自身误差对评估结果的影响,BDS-R的有效波高反演精度整体优于GPS-R约7%。本文研究结果为FY-3 GNOS Ⅱ有效波高的业务应用提供参考。

下一个兴趣点推荐是基于地理位置社交网络的重要应用之一。针对现有方法中用户周期性时序行为表达不足、社会关系挖掘不充分的问题,本文提出了一种顾及周期性时序行为与社交关系的下一个兴趣点推荐方法。从用户的短期、周期和长期3种时间粒度下的签到序列分析用户的行为规律,提取周期性时序行为特征;根据签到记录的重叠性和用户间好友相似度挖掘用户间的社交关系提取双层社交特征,引入自适应权重分配策略进行特征融合,计算出用户对兴趣点的偏好得分,根据得分排序为用户推荐下一个兴趣点。在新浪微博数据集(上海地区)和Foursquare(纽约地区)数据集上进行试验。结果表明,本文方法在命中率和归一化折现累积收益等指标上取得了显著改进。

传统的地理信息系统(GIS)在人机交互过程中常面临操作流程烦琐、智能化程度有限等多重挑战。随着通用人工智能技术的快速发展,以生成式AI为核心的新引擎正推动地理信息行业从数字化向智能化加速演进,典型实践包括Autonomous GIS、MapGPT和LLM-Find等创新型研究。现有研究已证实了大语言模型(LLM)在GIS知识问答和地图制图等任务中存在巨大的潜力,但目前研究还存在以下局限:一方面模型缺乏地理信息数据自主理解并实现复杂空间任务分析的能力;另一方面高度依赖大模型自身的任务解析及代码生成能力。此外,API调用的模式可能引发隐私和敏感地理数据泄露风险。针对上述挑战,本文提出了基于开源架构的地理信息智能体架构Geo-Agent。该框架提出了基于空间思维链的任务多级指令解析与面向图结构的数据检索策略,有效地解决了地理语义理解偏差与空间逻辑断裂问题。经试验验证,Geo-Agent实现了对地理信息数据的理解、管理及深度分析,并且能通过自然语言交互完成复杂的空间分析任务,为实现全自主智能化的下一代地理信息系统提供了创新路径。

水闸在防灾减灾、航运交通及农业灌溉等方面发挥了重要作用。加强水闸沉降监测,确保其安全稳定运行意义重大。本文采用PS-InSAR技术对东新港闸和东夹江闸进行沉降监测,提取闸站2016—2020年的时序沉降结果,并与SBAS-InSAR方法取得的监测结果进行对比,最后对闸站沉降原因进行讨论。结果表明:2016—2020年东新港闸和东夹江闸分别以-5.0、-3.37mm/a的速率沉降;对比PS-InSAR与SBAS-InSAR方法监测结果可知,两水闸的年均形变速率差值均在2mm以内,且两种方法的时序沉降监测结果的决定系数均高于0.77,表明两种方法的监测结果一致性较高,结果较为可靠;以粉壤土为主的土壤质地类型及嘶马弯道特殊的地形特征影响水闸稳定性,地下水位与水闸水位降低导致水闸沉降量增加,高密度建筑群对土体应力产生影响,易导致水闸区域发生沉降。

低空航路规划及基础设施是低空经济的重要研究方向。为进一步深化实景三维在城市全域数字化转型的应用领域,为低空经济发展提供三维可持续的数字底座支撑,本文针对复杂城市环境提出了一种实景三维数据支持下,基于RRT+Floyd的低空航路规划算法。以济南市东部高新区和北部建成区为试验区,开展了30、80、120、300m的低空航路规划仿真试验,并选取规划航路长度、航路节点数、航路平滑度、平均转角、最大转角5项指标,与传统RRT算法进行了对比。仿真试验结果表明,本文算法可有效提升低空空域特别是W类空域的航路规划效率和速度。

基于光学遥感图像的城市下垫面要素识别与分类研究广受关注,但是目前公开的光学遥感图像下垫面分类数据集存在数据源精度不高、分类体系类别较少、缺乏标准规范等问题,难以满足用地用海分类与海绵城市建设的研究需求。为此,本文面向城市水文模拟对下垫面要素精细分类任务的研究需求,基于0.1m分辨率的航飞影像,构建了高分辨率遥感影像城市下垫面精细分类数据集(DUSC-7)。将图像中的下垫面要素裁剪出来,制作样本切片,参照第三次全国国土调查结果与地形图进行人工半自动标注,最终形成包含7个类别、8859个实例的城市下垫面要素分类数据集。按3∶7的比例将数据集中各类别图像随机划分为测试集和训练集,并展开验证试验。试验结果表明,在通用分类模型效果验证中,FCN、SegFormer-B1、hrformer、SETR等先进模型的最佳平均交并比(mIoU)不低于0.6488,本文构建的DUSC-7数据集能够满足城市下垫面要素分类算法的验证任务。

东张水库作为福建省福清市龙江流域大型水利枢纽,受坝基缓倾角风化夹泥层影响,长期面临渗流侵蚀与变形协同风险。本文融合2024年全周期监测数据,构建Sentinel-1卫星InSAR、三维激光扫描与BOTDA分布式光纤传感的多源监测体系,分析了坝体水平位移、绕坝渗流及坝基扬压力演化规律。结果表明,库容骤变主导位移,YZ10—YZ13测点位移极差为5.05mm,GNSS与引张线数据偏差仅为2.8%;绕坝渗流主通道RS-1水位极差为3.318m,与地质雷达识别的8～15m深度介电常数异常带耦合;坝基新Y3-2测点扬压力变幅为3.714m,下游热异常区与裂隙带重合,渗流每增10%对应温度降0.3℃。本文创新构建渗流-位移-温度动态耦合模型,提出了北斗定位优化监测网格、数字孪生极端工况推演及帷幕灌浆加固等防控范式,为复杂地质水库安全管理提供了技术支撑。

随着智慧城市建设的深入推进,城市信息模型(CIM)作为数字孪生城市的核心组成部分,已成为城市精细化治理和智慧化管理的重要手段,本文聚焦于基于城市三维全空间数字底座的城市信息模型构建,探讨了其支撑方法和技术体系。首先阐述了城市三维全空间数字底座的概念、构成要素及其在城市信息模型构建中的重要性。然后提出了面向城市信息模型构建的支撑方法框架,包括空地一体化数据采集与处理、多源数据智能融合和智能分析与可视化等方面。通过应用分析,验证了本文方法的可行性和有效性。最后总结了研究成果,并对未来发展方向进行了展望,为城市信息模型的构建和应用及智慧城市建设提供了理论支撑和技术参考。

当前城市测绘成果丰富,时间序列良好,应充分挖掘历史测绘成果的价值与作用。本文利用空间统计分析、标准差椭圆和核密度等分析方法,研究和探索测绘成果在城市建设用地的时空演变,深度分析城市建设的发展状况,并对城市建设用地分类、城市空间扩张的时空演变分析进行定量评估,探究城市变化发展特征与趋势,为城市开发利用和保护、国土空间规划编制、用途管制、实施监督提供了科学的理论与技术支撑。

针对甘肃省内祁连山冰川变化及影响因素研究尚显不足的问题,本文基于二次冰川编目数据,利用2013、2019及2023年高分辨率遥感影像监测冰川变化,并运用地理探测器分析驱动因素。结果表明:①2006—2023年,冰川数量增加301条,面积缩减105.07km²,年均退缩率为0.83%,且退缩速度持续加快。②规模小、海拔低、地形陡峭、坡度大区域冰川退缩快,西南朝向冰川退缩最快,达21.45%。③气温升高改变热平衡是冰川退缩的关键因素,坡度影响冰川运动、太阳辐射促进消融是主要驱动因素。此外,近年人类活动增加产生的PM₁₀等污染物改变冰川表面物理特性,增强消融过程。为减缓冰川退缩,建议控制排放、降低温度、减少人类污染排放,加强复杂地形地貌区冰川保护。

目前生态网络构建研究中存在多种生态源地识别方法。深入研究不同生态源地识别方法对构建具有可对比性的生态网络结果、影响及其适用性具有重要意义。本文以渭河流域为例,基于遥感生态指数、生态系统服务、形态学空间格局分析、生境质量4种生态源地识别方法及其不同组合方式(共计15种)提取生态源地,并采用秩和比法对不同生态源地识别方法构建的生态网络进行评价。结果表明,利用不同生态源地识别方法构建渭河流域生态网络时:①基于生境质量识别的生态源地数量最多,而综合4种方法所识别的生态源地面积最大;②基于生态系统服务+生境质量的方法识别的生态廊道数量最多,而基于生境质量方法生成的生态廊道的总长度最长;③基于生态系统服务+生境质量的方法构建的生态网络表现最优。本文为构建统一的、可对比的生态网络结果提供了方法论基础。

针对车道级地图中分合流位置形态多样、不易识别的问题,本文构建了一种基于先验query的分合流检测网络。首先,以车道线几何相交或有相交趋势为锚点召回候选分合流位置,并将其周围道路环境渲染成图片。其次,基于ResNet网络抽取多尺度图像特征,并通过注意力机制建立远程依赖。然后,设计先验query编码模块,提取候选分合流车道线先验位置信息。最后,改造解码器适配先验位置信息,设计二分类任务识别分合流位置。试验结果表明,模型在粗质版地图上有较强的抗噪能力,识别准确率达到了96.27%。本文提出的方法在分合流位置识别上有较高的准确性和稳健性。

环境减灾二号06星(HJ-2F)是我国新一代小型低轨合成孔径雷达(SAR)遥感卫星,主要用于实现全天候、全天时的生态环境监测业务。高精度轨道确定是其高质量遥感观测任务的关键保障。本文基于HJ-2F卫星2025年1月的星载双频GPS观测数据,从可见性、周跳比及测量噪声等方面对观测质量进行了系统分析,并采用简化动力学模型开展精密定轨研究。利用国产星载双频GPS接收机可实现优于1cm的径向定位精度和优于3cm的三维轨道精度。HJ-2F作为新一代环境监测卫星,能够满足高精度遥感业务应用需求。

随着新一轮科技革命和产业变革的兴起,GIS专业核心能力呈现出“新兴”“新型”和“新生”3个特征。在此背景下,GIS专业本科生的工程思维亟待提升,动手实践能力需进一步增强,以服务于测绘地理信息行业的新质生产力发展需求。本文以“GIS工程与开发”课程为例,分析了GIS工程思维的内涵及重要性,提出了“三级课堂”的课程结构与课时设计模式,旨在提升GIS本科生的工程思维和解决实际问题的能力,以支持新工科背景下GIS本科专业的创新人才培养。